申请日2015.11.18
公开(公告)日2016.02.17
IPC分类号C02F11/12; C04B33/132
摘要
本发明涉及污泥高度脱水，特别涉及一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法。按以下步骤进行：辅料准备→污泥初步配置→污泥调质处理→机械压滤→滤出液回流。一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法可连续化处理，提高处理效率，节能降耗，可控性高，能循环利用。
权利要求书
1.一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、辅料准备：
混凝沉降剂、杀菌除臭剂、改性骨架剂;
所述的混凝沉降剂为聚合氯化铝;所述的杀菌除臭剂为次氯酸钠;所述的改性骨架剂为硅藻土矿粉;
(2)、污泥初步配置：
将经污水处理厂压滤机处理后，形成含水率为80%～87%的污泥，加入到污泥接收池，加水稀释，形成含水率为90%～94%的污泥浆，使之满足机械输送和搅拌的要求，并能最大程度适合后续工艺，然后在泥浆泵的作用下经输送管道提升到调质池中，进行后续操作;
(3)、污泥调质处理：
①、经步骤(2)后，开动污泥调质池的搅拌，在边打入污泥浆的同时，在污泥调质池中加入定量聚合氯化铝，聚合氯化铝由加药泵投加到污泥调质池中，聚合氯化铝的加入由电磁流量计来计量，聚合氯化铝的加入量为污泥量的 0.5%～1.5%;
②、经步骤①后在污泥调质池中加入次氯酸钠，次氯酸钠的加入由电磁流量计来计量，次氯酸钠的加入量为污泥量的0.01%～0.02%;
③、经步骤②后在污泥调质池加入中硅藻土粉，硅藻土粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，硅藻土矿粉的加入量为污泥量的0.2%～0.4%;
④、经步骤③后的污泥进行充分搅拌，使污泥与混凝沉降剂、杀菌除臭剂、改性骨架剂充分混合均匀，并在剪切力的作用下，污泥颗粒与加入的药剂水解后的各种基团不断碰撞，形成合适的絮凝颗粒，大大提高污泥的脱水性能;
(4)、机械压滤：
①、经步骤(3)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥输送入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.50～0.80Mpa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在高压油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，分离污泥颗粒中大部分的间隙水，持续进泥50.0～ 60.0min，进泥压力逐渐升高，当进泥压力为1.5Mpa时，停止进泥，此时污泥中大部分容易分离的间隙水已经去除，污泥初步形成污泥滤饼;
②、经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使调质处理后的污泥的束缚水被分离出来，滤饼进一步脱水干化，压滤时间为50.0～60.0min，压力保持在5.0～6.0Mpa，此时污泥滤饼含水率为45%～ 50%;
③、经步骤②后，卸除压力，打开高压隔膜压滤机，通过高压隔膜压滤机中的吹脱系统使污泥滤饼脱落，并通过卸泥系统输送到后续工场，进行进一步的风干或烘干，使泥饼含水率降至40%以下，然后进行粉碎，并按一定比例加入到制砖原料中;
(5)、滤出液回流：
将压滤中的滤出液全部回流至步骤(2)中。
说明书
一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法
技术领域
本发明涉及污泥高度脱水，特别涉及一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法。
背景技术
所谓污泥一般是指污水处理的终端废弃物，这些污泥含有大量的微生物、病原体，散发着恶臭，有的还含有重金属，而含水率高达95%以上，经污水处理厂简单处理以后，含水率仍然高达85%左右。对于这些污泥，以前国内大部分都采用填埋的处理方式，但随着时间流淌，这一处理方式逐渐暴露出占地面积广、造成二次污染、处理不彻底等一系列问题，不符合我国对污泥处理处置 “减量、安全、资源化”的总方针，随着国内对环境保保的重视及环保要求的提高，污泥直接填埋处理方式逐渐被摒弃，而更多采用焚烧、焚烧发电、制砖、制造陶粒等方式。经污水处理厂带式压滤机处理后的污泥，一般含水率仍然在80%以上，这样的污泥具有高粘性，呈不定型状，有一定的流动性，水分被包裹在内部，不易分离和蒸发，给运输及后续处理带来很大的问题。而要合理处理污泥问题，首要问题就是要把污泥中的水分降下来。如果把污泥水分从 85%降至50%，其体积可减少到原来的30%，为进一步污泥处置带来极大的方便。对于用焚烧处理的污泥来说，由于每升水进焚烧炉内气化焚烧，大约需要内耗900～1200大卡的热量，若进入焚烧炉前的污泥尽量降低水分，就可大大减少助燃热耗，降低处置成本，做到节能降耗的要求。而将污泥应用于制砖、制陶粒作为建材，首先要将其水分降至40%～50%，才可以实施后道工序。总之，对于新一代的污泥处置技术来说，污泥的脱水、干化技术是一个关键。对于如何降低污泥中的水分，这是当前业内一直困惑的问题。我国目前行业中常用污泥脱水大致有如下几种类型：
1、热力干化：例如回转套筒干化、园盘干化机、低温流化床、浆叶干燥机、烟气余热干化等。这些都是以热能加热去除水分，且不破坏污泥中原赋热值，因此是以能量置换，是“以热换热”，而且是“以大置小”，但这在技术理念上是不允许的。在现实应用中的结果是效率低、投资大，运行成本高。
2、机械脱水：目前市上常见的机械脱水有板框压滤、离心脱水、带式压滤脱水、螺旋压榨等。这些技术脱水后的污泥最终水分一般在75%—87%左右，减容不彻底，水分下降不显著，终端资源化利用仍是困难重重。同样的弊病是投资大，运行成本高，效果不理想，对后道的资源化利用未具可能。
3、热力机械叠加组合脱：如机械成球、热力干化，市场上也可看到。但此法仅是在原有基础的某一环节中提高了一点效率，没有解决根本性的问题。虽然有的在特定条件下有余热可用，但这种对热的依赖局限性很大，因为目前各行各业都在节能减排，可依赖的余热越来越少。另一方面，如自备热源，投资更为惊人。
近几年来，国内污泥处置技术得到快速发展，特别是板框隔膜高压压滤技术得到充分应用，污泥含水率基本被控制在60%以下，为污泥的后续处置创造了良好的条件。然而，国内利用此类方法处理的污泥的单位，好多并不涉及污泥的终端处理，处理污泥时，由于技术与专业条件方面的限制，一般都只考虑污泥水分的降低，对污泥处置过程中添加的药剂在泥饼中的残留，从而由此带来对污泥后续处置的影响考虑不够。比如一般处理方法处理后的泥饼，含水率可以控制在55%左右，但泥饼内含大量残留硫酐、铁离子、钙离子及石灰渣， PH值在9—10，甚至达到12。这些在污泥焚烧、焚烧发电时，对焚烧设施的安全、烟气处置及大气环境保护带来严重影响。在污泥应用于制砖等建材行业，则会严重影响砖块的成型、烧制以及最后的砖块质量。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是，解决一种低能耗、能有效降低污泥水分及特别适合用于污泥制砖的一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
1、一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)、辅料准备：
混凝沉降剂、杀菌除臭剂、改性骨架剂;
所述的混凝沉降剂为聚合氯化铝;所述的杀菌除臭剂为次氯酸钠;所述的改性骨架剂为硅藻土矿粉;
(2)、污泥初步配置：
将经污水处理厂压滤机处理后，形成含水率为80%～87%的污泥，加入到污泥接收池，加水稀释，形成含水率为90%～94%的污泥浆，使之满足机械输送和搅拌的要求，并能最大程度适合后续工艺，然后在泥浆泵的作用下经输送管道提升到调质池中，进行后续操作;
(3)、污泥调质处理：
①、经步骤(2)后，开动污泥调质池的搅拌，在边打入污泥浆的同时，在污泥调质池中加入定量聚合氯化铝，聚合氯化铝由加药泵投加到污泥调质池中，聚合氯化铝的加入由电磁流量计来计量，聚合氯化铝的加入量为污泥量的 0.5%～1.5%;
聚合氯化铝中的Al3+水解后，能破坏污泥胶团中的电荷平衡，其水解产物会与污泥中有机物和重金属离子聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀。
②、经步骤①后在污泥调质池中加入次氯酸钠，次氯酸钠的加入由电磁流量计来计量，次氯酸钠的加入量为污泥量的0.01%～0.02%;
③、经步骤②后在污泥调质池加入中硅藻土粉，硅藻土粉由储罐中配有的电子称计量后自动投加，按质量百分比来计算，硅藻土矿粉的加入量为污泥量的0.2%～0.4%;
先加聚合氯化铝可以破坏污泥的电荷平衡，然后随次氯酸钠的加入，由于次氯酸钠的强氧化作用，聚合氯化铝中的Al3+进一步水解后，能破坏污泥胶团中的电荷平衡，其水解产物会与污泥中有机物和重金属离子聚合而生成胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀。次氯酸钠主要是杀菌除臭和强氧化作用，最后加入硅藻土粉起到脱色、吸附和混凝作用，并提供骨架作用，使污泥成团凝聚。
④、经步骤③后的污泥进行充分搅拌，使污泥与混凝沉降剂、杀菌除臭剂、改性骨架剂充分混合均匀，并在剪切力的作用下，污泥颗粒与加入的药剂水解后的各种基团不断碰撞，形成合适的絮凝颗粒，大大提高污泥的脱水性能;
本污泥处置方法，通过对正常情况下脱水非常困难的污泥，进行特效处理，改变污泥粒子的结构和性能，减小污泥水与污泥固体颗粒之间的结合力，释放出污泥粒子间的结合水、吸附水和微生物细胞内水，极大改善污泥的脱水性能，并加速污泥脱水进程。在达到污泥高效脱水的同时，兼顾后续的制砖工艺要求，添加的药剂不尽不会对制砖的成型、焙烧及成品质量产生影响，而且加入的铝剂、硅藻土有利于制砖生产工艺。
污泥中水，不是一般意义上的水分，而是被固体颗粒吸附或被包裹在细胞内部的束缚水，被“束缚”的水分子其外围被十分强大的负电荷紧固着，它与水核内的正电荷取得平衡，使得正常脱水极为困难。而聚合氯化铝水解后可产生多种高阶和多核络合离子，以比表面大很多、具有足够的阳离子能与其置换，对污泥胶体颗粒进行电性中和，降低Zata电位，破坏了原水核的正负平衡而导致介质脱离束缚形成“自由”，在双电层压缩作用、吸附电中和作用、吸附架桥及沉淀物网捕作用下，使污泥能强效脱水。而聚合氯化铝中的水合络合离子[Al(H2O)6]3+水解能力强，能水解产生多种聚合离子，如Al3+、Al(OH)2+、 Al(OH)3、Al(OH)4-、[Al6(H2O)14]4+、[Al7(H2O)17]4+、[Al8(H2O)20]4+、 [Al13(H2O)34]5+等成分。其中高价的聚合正价离子能中和污泥胶粒的负电荷，以及大大压缩其双电层，促进混凝。而且水解产生的胶体羟基聚合物或氢氧化物沉淀，能吸附水中微细分散的固体物质和胶体物质，如粘土和腐殖酸等，它可以与污泥浆中所含的铁、锰、铬、铅等重金属起作用，能钝化重金属，起到脱除重金属的作用，它还可以去除氟化物和油类物质。把还原性气体硫化氢氧化，有效的控制臭气，因此具有脱色、除菌除放射性、除臭等功能。与后面的 CaO联合使用，。
次氯酸钠是一种强氧化剂，能破坏以蛋白质为基础的细胞壁和酶、酸性 RNA、碳水化合物的细胞组织和油脂，从而达到杀菌的作用，杀死污泥中大量的微生物和大肠杆菌、沙门氏菌等细菌，使污泥深层“束缚水”得以释放，促进污泥脱水效果，同时还有杀菌、消毒、除臭的效果，有效改善工作环境。
硅藻土是一种自然矿物，其主要成分为SiO2(约占65%—90%)、Al2O3(约占15%—20%)，其余为Fe2O3、CaO、MgO以及一些有机物，具有良好的脱色、吸附和助混凝作用。污泥中含有大量有机微生物，通过前面的化学药剂调理，改变污泥特性，使得污泥高效脱水成为可能，但污泥中的水分不会自然分离，必须借助机械进行压滤，利用增高压对污泥压榨，进一步破坏污泥结构，使污泥强效脱水成为现实，达到污泥减容、干化的目的。而污泥固有粘稠、高弹性等物理特性，不利于机械直接压滤，必须考虑污泥压滤承载力的要求，国外的实践证明，只有在污泥内形成骨架才能使机械压滤顺利进行。加硅藻土矿物粉，不但能起到脱色、吸附、助凝、除臭等作用，还能成核起骨架作用，有助于提高压滤效率，进一步降低污泥脱水泥饼中的水分，改善脱水泥饼性能，为后道制砖处理或资源化利用创造条件。
在调质池中进行充分搅拌，使污泥与聚合氯化铝、次氯酸钠、硅藻土矿物粉混合均匀，发挥各组成的作用，提高脱水效率。
(4)、机械压滤：
①、经步骤(3)后，用螺杆泵将调质处理好的污泥输送入高压隔膜压滤机中，进泥压力为0.50～0.80Mpa，利用高压隔膜压滤机中过滤板、隔膜板和滤布组成的过滤单元，在高压油缸压紧滤板的条件下，用进料泵压力对物料进行初步固液分离，分离污泥颗粒中大部分的间隙水，持续进泥50.0～ 60.0min，进泥压力逐渐升高，当进泥压力为1.5Mpa时，停止进泥，此时污泥中大部分容易分离的间隙水已经去除，污泥初步形成污泥滤饼;
②、经步骤①后，向高压隔膜压滤机的隔膜腔中通入压缩空气，对滤室内的污泥充分压榨，利用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，使调质处理后的污泥的束缚水被分离出来，滤饼进一步脱水干化，压滤时间为50.0～60.0min，压力保持在5.0～6.0Mpa，此时污泥滤饼含水率为45%～ 50%;
③、经步骤②后，卸除压力，打开高压隔膜压滤机，通过高压隔膜压滤机中的吹脱系统使污泥滤饼脱落，并通过卸泥系统输送到后续工场，进行进一步的风干或烘干，使泥饼含水率降至40%以下，然后进行粉碎，并按一定比例加入到制砖原料中;
(5)、滤出液回流：
将压滤中的滤出液全部回流至步骤(2)中。
本发明的基本技术原理依据：
污泥中的颗粒呈菌胶团和悬浮固体形成胶体结构，其中所含的水分可分为裂隙水、毛细水、表面吸附水和内部水。由于污泥颗粒表面特性和污泥团的结构所决定，污泥颗粒表面吸附有各种负电荷离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些负电荷离子和胞外聚合物具有很强的持水性。这些污泥颗粒组成了污泥团，形成许许多多的毛细孔道，因此，污泥除了裂隙水外，另有相当一部分水分都是由污泥颗粒表面所持的水和毛细孔道中的水组成，这些都为结合水，一般污泥裂隙水约占70%左右，其余约为 30%，由于污泥具有高亲水性，不但这种束缚的结合水是不能用单纯的机械法除掉的，就是大部分的裂隙水也不能简单地用机械压榨可以脱水的。因此，要使污泥高效脱水，一是要提高裂隙水的出水率，二是要解放“束缚水”。遵循这个指导思想，本发明利用“化学改性+高压压滤”的技术路线，采取化学+物理的综合处理方法，将含水80%～87%的污泥脱水处理，得到含水50%左右的半干污泥，为后道顺序的彻底处置或资源化利用创造条件。
通过机械增压，对经过化学调理的污泥进行高压压榨，在高压作用下，进一步破坏污泥中微生物细胞，使污泥中的水分脱出，实现固液分离，达到污泥高度脱水、干化目的。
采用隔膜压榨技术对污泥滤饼进行高压压榨，在高压作用下，进一步破坏污泥中微生物细胞，改变污泥结构，使污泥中的水分高度脱除，实现固液分离，达到污泥干化目的。
脱水后污泥滤饼较硬，呈块状，经过简单的风干、烘干处理，就能直接利用，用于制砖、焚烧等最终污泥处置工艺。
滤饼遇水不再还原，具有疏水性，并在自然状态下水分继续蒸发，泥饼自然碎裂成颗粒状，在实现“减量化”的同时，污泥中的有害物质也得以“稳定化”，即使不进行另外干化处理，也适合运输转移，并能显著减少污泥堆放场地。
压滤中的滤出水滤液含有残留Al3+、[Al13(H2O)34]5+等络合离子，滤液回流至污泥接收池可显著提高污泥的调质效果。
接收机械脱水后的污泥，由于含水在87%—80%左右，不需进行浓缩处理，直接进行污泥调理和高压压滤操作。为了提高污泥的输送性能，在调质处理时应加入部分水,生产线投入使用后，可将压滤后的部分滤液引入,暂时提高污泥含水率至90%～94%。
本发明的效果和优点：①、本发明利用“化学改性+高压压滤”，采取化学 +物理的综合处理方法，用化学药剂和天然矿物对污泥进行改性，使污泥中带式压滤机处理后，残留的高分子絮凝剂等有机物分解失去效用，并杀死污泥中的多种细菌和微生物，分解细胞壁，解放“束缚水”，在高压作用下顺利脱除水分，将含水87%～80%的污泥高度脱水，得到含水47%～52%的半干污泥，真正实现污泥处理减量要求，为后道工序的污泥彻底处置或资源化利用创造条件。②、整个处理过程冷态操作，无焚烧加热造成的尾气排放，不依赖外界条件，不需要热源，更不消耗一次性能源，有效降低了能耗。仅有压滤水回流污水厂处理，工作条件和环境良好，符合满足安全、文明操作要求。③、处理后的污泥饼遇水不再还原，具有疏水性，并在自然状态下水分可以继续蒸发，泥饼自然碎裂成颗粒状，在实现“减量化”的同时，污泥中的有害物质也得以 “稳定化”。④、整个处理操作过程不影响污泥原有元素构成，不损失污泥热值，不添加对制砖产生不利影响的铁、氧化钙及硫酐等物质，加入的铝、硅藻土等物质有利于砖块的生产，真正做到污泥的资源化利用和最终处置。
本发明是一种用于污泥高度脱水的配方及其操作方法，可连续化处理，提高处理效率，节能降耗，可控性高，能循环利用。
